Carrie Partch는 그녀가 첫 발견을했을 때 박사후 소식의 끝에있었습니다. 구조적 생물 학자는 인간 단백질의 데이터베이스를보고 있었고, 그녀가 공부하고있는 것들과 작품을 공유 한 것들을 지적했습니다. "나는 단지‘이 모든 것을 알아야한다’고 생각하면서 그것을 뒤집어 놓았습니다."라고 그녀는 회상합니다. "그러면 이것이 일어 났고, 내가 본 것과는 다른 도메인 아키텍처가있었습니다." 그녀는 PASD1이라고 불리는 단백질을 더 자세히 살펴 보았습니다. 그녀는 몇 가지 단백질 중에서 유사한 단백질 중 하나가 시계라고 불리는 것임을 발견했습니다. 그리고 그것은 그녀가 똑바로 앉게 만들었습니다. 시계는 매우 크고 신비한 과정의 중심에 있기 때문입니다.
얼마 전, Partch가 알듯이, 신체의 거의 모든 조직의 거의 모든 세포가 시간을 유지한다는 것이 분명해졌습니다. 24 시간마다 생화학 적 나선 호출에 반응하면 소수의 단백질이 세포의 핵에 조립됩니다. 그들이 게놈에서 서로 결합 할 때, 그들은 비 경쟁적 영향을 미치는 팀이된다. 그들의 영향 하에서, 수천 개의 유전자가 단백질로 전사된다. 세포의 기어는 움직이고 티슈가 생생하게오고, 유기체의 수준에서, 당신은 눈을 뜨고 아침 식사를 위해 약간 배가 고프다.
.이 타임 키핑 단백질 복합체는 빛과 어둠에 반응하는 뇌의 일부에서 신호를 가져옵니다. 일부 추정에 의해, 그들은 신체의 유전자의 40 %의 발현을 조절합니다. 연구원들은 일주기 시계가 태아 발달에서 질병에 이르기까지 모든 것에 깊은 영향을 미친다는 증거를 축적하고 있습니다. 일주기 시계는 매우 보편적이며 개별 세포의 기능에 매우 중요합니다. 하버드 의과 대학의 분자 생물 학자 인 찰스 웨이츠 (Charles Weitz)는“그들은 점점 더 시계 구성 요소에 걸려 넘어지고있다”고 말했다. "놀랍지 않습니다."
세포는 시계가 거의 없지만 배아 줄기 세포 및 암과 같은 생물학적으로 매력적인 예를 포함합니다. 분자 클록이 어떻게 작동하는지, 그리고 때로는 멈추는 것처럼 보이는 이유를 분별하기 위해 Partch는 PASD1을 자세히보기로 결정했습니다. 그녀와 그녀의 동료들이 최근 분자 세포의 논문에서 공개 한 것처럼 , PASD1은 암과 정자 전구체가 신체의 다른 세포의 수조를 지배하는 일일 리듬을 피하는 것과 같은 세포가 서로 다른 방식을 설명하는 스위치 일 수 있습니다. 그것은 연구원들이 세포의 진드기의 비밀을 깊은 모습을 보여줍니다.
암소가 발견 된 시계
식물과 동물의 일일 사이클링은 수천 년 동안 매혹의 원천 이었지만 약 50 년 전까지는 기저 생화학에 대한 연구가 시작되기 시작했습니다. 많은 사람들이 1960 년 여름 콜드 스프링 하버 (Cold Spring Harbour)에서 회의를 시작하는데, 연구원들은 일주기 리듬을 유발할 수있는 것에 대한 아이디어를 브레인 스토밍하고 이론을 테스트하기 위해 실험을 고안했습니다. 그 후 30 년 동안 연구원들은 과일 파리, 햄스터, 효모 등과 같은 비정상적인 일일 주기로 돌연변이 생물을 확인하고 정상적인 리듬에 필요한 유전자를 밝혀 내기 시작했습니다. 자연주기가 19 시간 또는 28 시간이거나 눈에 띄는 리듬이없는 파리를 공부하면서 시계 개척자 Ronald Konopka와 Seymour Benzer를 이끌었습니다. Ronald Konopka와 Seymour Benzer , 1971 년에, 우리는 이제 하루 종일 상승하고 떨어지는 것을 알고 있습니다. 불과 1 년 후, 연구원들은 상각증 핵이라고 불리는 뇌의 작은 세포 패치가 포유 동물의 24 시간 일주기 리듬에 필요하다고보고했다.
.그러나 수년 동안 리듬의 영향이 얼마나 광범위한지는 확실하지 않았습니다. 1988 년, 현재 제네바 대학교의 분자 생물학 교수 인 Ueli Schibler는 유전자의 전사를 단백질로 제어하는 세포 행위자 인 전사 인자를 연구하고있었습니다. 특히 캐나다 박사후과에 의해 쥐와 분리 된 한 가지 요인은 매우 강력한 것처럼 보였다. 그들은 함께 저널 Cell 에 그들의 발견을 출판했습니다 . 그러나 3 개월 후 Jérôme Wuarin이라는 학생 이이 프로젝트를 인수했습니다. 그는 곧 혼란스러운 소식으로 Schibler에게 다가 갔다.
Schibler는 Wuarin이 말합니다. “모두 가짜입니다. 존재하지 않습니다.” 와인이 분리를 수행했을 때, 전사 인자가 나타나지 못했다. Schibler는 자신의 우려를 진지하게 받아들이면서 절차를 스스로 시도했습니다. 그는 전사 인자를 쉽게 발견했다.
몇 주 후, Wuarin은 왜 자신을 찾을 수 없는지 깨달았습니다. 그와 박사후는 다른 시간에 격리를 수행하고있었습니다. 늦은 라이저 인 박사후 DOC는 보통 오전 11 시경에 도착하여 쥐를 죽였고, 오후 중반까지 전사 인자를 손에 들었습니다. Schibler는“그러나 [Wuarin]은 농부의 아들이었습니다. "그는 5시에 일어나서 젖소를 착유 한 다음 실험실에 와서 7시에 쥐를 죽였습니다. 그 당시에는이 단백질이 거기에 있지 않습니다."
.이제 매일이 전사 인자 수준은 거의 아무것도 시작하여 아침에 감지 한 다음 300 배 상승 할 수 없으므로 Postdoc이 하루 중 하나에 쉽게 찾을 수 있습니다. Schibler는 옆으로, 그 이후 몇 년 동안 아무도 더욱 격렬하게 진동하는 단백질을 찾지 못했다고 지적했다. 그것은 단지 그들의 운이었습니다.
이 발견 후 - 연구원들의 일주기 리듬과 쥐의 일주기 리듬이 단백질을 사라지도록 상호 작용했다. 1998 년에 그와 동료들은 예상치 못한 것을 발견했습니다. 수년 동안, 상완골 핵의 세포는 자신의 시계를 가질 때 혼자있는 것으로 생각되어 나머지 신체의 모든 리듬을 원격으로 제어했습니다. 그러나 Schibler와 동료들은 뇌가 리듬에 필요하지 않다는 것을 발견했습니다. 실제로 몸도 아니 었습니다. 세대 동안 접시에서 자란 두 종류의 쥐 세포는 유전자를 스스로 리드미컬하게 발현 할 것입니다. 이 팀의 작업은 사람들이 생각했던 것보다 신체 시계가 더 널리 분포되어 있음을 시사하는 소수의 다른 연구에 합류했습니다.
그 이후로, 간 세포, 심장 세포, 폐 세포 (Charles Weitz)의 말에 따르면,“우리가 본 모든 조직”은 대상 핵에서 신호를받는 것 외에도 자신의 시간을 이겼습니다. Salk Institute의 시계 연구원 인 Satchin Panda는“우리 몸의 거의 모든 세포에는 일주기 시계가 있습니다. "모든 세포가 에너지 사용시기, 휴식시기, DNA를 복구 할 때 또는 DNA를 복제하는 데 도움이됩니다." 예를 들어, 모발 세포조차도 매일 저녁 특정 시간에 분열된다고 판다는 발견했다. 암 환자는 아침이 아닌 저녁에 방사선 요법을 제공하면 머리카락이 줄어들 수 있습니다.
연구원들은 지난 15 년 동안이 말초 시계의 분자 구성 요소를 풀어주었습니다. 2004 년 텍사스 남서부의 교수 인 조셉 타카 하시 (Joseph Takahashi)가 이끄는 팀이 단백질 당 빛나는 마우스를 개발했을 때 2004 년에 큰 발전이 시작되었습니다. per가 발현 될 때, 이들 마우스로부터의 세포는 밝다; 그렇지 않으면 어둡습니다. 이 발전은 무수한 다른 조직과 상황에서 시계의 순환을 추적하는 연구를 가능하게했습니다.
연구원들은 말초 시계가 대상 핵의 시계와 마찬가지로 시계와 bmal1이라는 단백질을 기반으로한다는 것을 발견했습니다. 이 쌍은 서로 단단히 꽉 쥐고 게놈에 부착하고 다른 단백질을 모집하여 per 을 포함하여 인근 유전자의 전사를 시작합니다. . 이들 유전자 중 다수는 특정 생리 학적 리듬 뒤에있다 - 예를 들어 식사 시간 주위의 간 효소의 생산, 혈압의 일일 상승과 하락
그러나 PER을 포함한 일부 단백질은 대응 균형 역할을합니다. 12 시간에 걸쳐 세포에 점차적으로 파트너가 쌓이면 시계 및 BMAL1의 활성을 억제합니다. 다음 12 시간 동안, 카운터 밸런스는 천천히 저하되고 클록 및 BMAL1이 다시 급증합니다. 새벽 직전과 황혼 직전에 펜실베이니아 대학교 (University of Pennsylvania)의 크로노 바이아 전문가 인 존 호게 네스 (John Hogenesch)는 유전자 표현의“러쉬 시간”이있을 것입니다.
깔끔하고 자치하는 시스템이며 유비쿼터스라고 부르고 자합니다. 그러나이 연구는 모든 것이 시계가있는 것은 아닙니다. 거의 모든 세포 유형으로 발달 할 수있는 배아 줄기 세포는 시간을 유지하지 않습니다. 테스트 된 장기 중 거의 혼자 고환은 시계가없는 것 같습니다. 그리고 많은 암 세포는 규칙적인 리듬을 유지하지 않습니다. 이러한 것들이 공통점은 무엇입니까? 이것은 Partch의 발견이 나오는 곳입니다.
시계가 멈추는 방법
PASD1에 대해 Partch가 배운 최초의 것 중 하나는 조직이 거의없는 것입니다. 그러나 그것이하는 곳은 흥미 롭습니다 :고환과 암. Partch가 산타 크루즈의 캘리포니아 대학교에서 교수가되었을 때, 그녀와 그녀의 학생들은 PASD1을 빛나는 세포에 추가하기 시작했습니다. 그들은 세포의 일반적인 빛이 희미한 희미한 빛으로 감쇠 된 것을 발견하여 PASD1이 클록의 정상적인 작동을 방해하고 있음을 나타냅니다. 그리고 PASD1을 더 많이 추가할수록 세포가 어두워졌습니다.
다음으로, Partch와 그녀의 학생들은 세포를 성장 시켰고 모든 세포 시계를 동기화했습니다. 빛은 24 시간의 사인파처럼 더 밝고 희미해질 것이며, 세포가 동기화 된 상태에서 정의 된 피크와 트로프가 있습니다. 그런 다음 Partch는 일부 세포 중 일부가 PASD1을 생성하게했습니다. 이 세포들에서, 빛은 파도보다 깨어났다. 세포는 리듬을 유지할 수 없었습니다.
팀은 여전히 PASD1이 세포의 사이클링을 중단하는 방식을 정확하게 고정시키기 위해 노력하고 있습니다. 그러나 단백질의 특정 부분은 그들에게 힌트를줍니다. PASD1 의이 섹션은 일주기 리듬에 절대적으로 필수적인 시계의 일부처럼 보입니다. Partch는“그러나 오늘날까지도 아무도 그것이 무엇을하는지 정확히 알지 못합니다. 그녀는 PASD1의 핵심 조각이 어떻게 작동하는지 이해함으로써 아마도 BMAL1 자체에 묶고 시계를 유지하는 것을 막기를 희망합니다.이 핵심 시계의 역할을 배울 수 있습니다.
.지금 까지이 작업은 PASD1이 시계를 막을 것이라는 Partch의 초기 직감을 확인했습니다. 그리고 PASD1이 존재하는 조직에서는 세포가 진동하지 않는 이유의 일부라고 제안합니다. 그 발견은 더 깊은 질문의 문을 열어줍니다. 시계가 세포 행동의 많은 측면을 지시하고 병으로 이어지는 시계 유전자의 돌연변이로 암과 대사 장애에 손가락을 지어 왔습니다. 왜 일부 유형의 세포가 시계가 부족하거나 약화 된 이유는 무엇입니까?
Partch는“완벽한 다 능성 사이에 정말 흥미롭고 아직 탐험되지 않은 연결이있는 것 같습니다. 그녀는 카즈 히로 야기 타 (Kazuhiro Yagita) 실험실에서 배아 마우스 줄기 세포가 발달되기 실험을 이야기합니다. "처음에는 똑딱 거리는 것, 똑딱 거리지 않고 똑딱 거리지 않고… 프로세스가 반대로되면 시계가 꺼집니다.
줄기 세포에서 시계의 부족은 시계에 의해 제어되는 정확한 유전자가 조직마다 조직에 이르기까지 크게 변하기 때문일 수있다. Charles Weitz의 실험실의 연구에 따르면 간과 심장 조직은 예를 들어 매일 진동하는 유전자의 8 ~ 10 % 만 공유하고 있음을 보여주었습니다. Partch는“[줄기 세포]는 한 번에 모든 것이되어야합니다. "아직 무엇인지 모르는 셀에서는 시계를 갖는 것이 이상적이지 않습니다." 성숙한 정자가 줄기 세포 전구체에 의해 훨씬 많고 PASD1이 발견 된 고환을 포함 할 수있는 개념입니다. 그녀는 아직 다른 줄기 세포에서 PASD1을 찾지 못했습니다.
암에서 단백질의 다른 알려진 행 아웃 인 암에서는 그 존재의 이유가 다를 수 있습니다. 작업에 관여하지 않은 Hogenesch는“이것이 대부분의 고형 종양에서 시계가 작동하지 않는 이유 일 수 있습니다. “종양이고 나누고 나누고 나누고 나누고 싶다면 하루 중 한 번에 구속되기를 원하지 않을 것입니다. 어쩌면 적어도 종양에 대한 진화론 적 이점이있을 수 있습니다. 시계를 방해하여 특정 시간에 멍청하고 뉘앙스가 나지 않고 충분한 자원을 가질 때마다 나눌 수 있습니다.” Partch의 그룹은 두 개의 암 세포주에서 PASD1의 생산을 방해하면 진동을보다 강력하고 규칙적으로 만들었다는 것을 발견했습니다. 이는 미래의 작업이 PASD1을 노크하는 것이 암 세포의 통제 불능 재생산에 고통을 줄 수 있는지 여부를 보게 될 것임을 시사합니다.
궁극적으로 연구는 더 근본적인 것을 밝힐 것입니다. Partch는“PASD1이 클럭 함수를 방해하는 방법을 이해하면 시계의 작동 방식을 알려줍니다. 그녀와 그녀의 팀은 또한 시계가 처음에 명백한 것보다 훨씬 더 많은 프로세스에 영향을 미치는 것처럼 PASD1은 시계 및 BMAL1을 방해하는 것 이상을 수행 할 수 있음을 깨닫고 있습니다. 그러나 그 일은 시간이 지남에 따라 올 것입니다.
